模块3 无机胶凝材料

（4）强碱的腐蚀。
3.1
2）腐蚀的原因
水硬性胶凝材料
水泥石的腐蚀过Biblioteka Baidu是一个十分复杂的物理化学作用过程，产 生腐蚀的原因有以下几点。
（1）水泥石中存在能引起腐蚀的组成成分，即氢氧化钙和水 化铝酸钙等。 （2）水泥石本身结构不密实，内部有很多毛细孔通道。 （3）环境中有腐蚀性介质的存在。
当腐蚀性物质处于溶液状态且浓度较高时容易发生腐蚀。环境 温度较高，水流速度较快，结构物经常处于干湿交替状态时，腐 蚀程度往往加重。
泥，由于其颗粒比较细，凝结较快，水化热集中，对混凝
土的体积稳定性有不利影响，使混凝土产生裂缝的可能性 增加，所以使用时应慎重考虑。 （2）高速铁路高性能混凝土要求水泥细度不大于350 m2/kg。
3.1
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（3）力学性质。力学性质主要包括强度和强度等级。 硅酸盐水泥各龄期强度见表3-8，其他通用水泥则按《水 泥胶砂流动度测定方法》（GB/T 2419—2005）进行。 不同品种不同强度等级的通用水泥在不同龄期的强度应符 合表3-8的规定。
3.1
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1—水泥颗粒； 2—水分； 3—凝胶； 4—晶体； 5—水泥颗粒的未水化的内核； 6—毛细孔
图3-2 水泥凝结硬化过程
3.1
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3）影响水泥凝结硬化的主要因素 (1)水泥熟料的矿物组 成。由图3-3可以看出， 水泥各种熟料矿物成分 单独与水作用时强度增 长的速度是不相同的， 因此，不同比例的矿物 组成的熟料，在相同龄 期条件下其强度发展速 度亦有所不同。
（4）耐腐蚀性差。
（5）耐热性较差。 （6）湿热养护效果差。
3.1
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2）粉煤灰、火山灰质、矿渣、复合硅酸盐水泥的特性 （1）早期强度低，后期强度高。由于熟料矿物含量 少，且二次水化速度慢，故凝结硬化稍慢，早期强度较 低，适用于无早强要求的工程。粒化矿渣、矿渣硅酸盐 水泥与硅酸盐水泥强度增长情况比较如图3-4所示。
）中又能在空气中水化、凝
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3.水化、凝结与硬化
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1）水化
水泥熟料与水的反应称为水化，水化反应过程如下。
（1）水泥熟料的水化。水泥熟料的四种矿物成分分别与水发 生反应，反应式如下。
2C3S+6H→C3S2H3+3CH+中热（较快）
2C2S+4H→C3S2H3+CH+低热（慢速） C3A+6H→C3AH6+高热（快速） C4AF+7H→C3AH6+CFH（水化铁酸钙）+中热（中速）
跟
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踪
自
测
1.某矿渣硅酸盐水泥500 g，加入132 g水拌制成水泥净浆， 用标准维卡仪测其稠度时，标准试杆在浆体中下落距离为33.5 m m，则该状态的水泥浆体为（ 水量称为（ （ ）稠度的浆体，此稠度状态的用 ）%。 ）、（ ）、 ）法检验且必须合格 ）用水量，其值为（
2.引起水泥体积安定性不良的因素包括（ ）。国家标准规定水泥安定性用（ 3.测定水泥的（ 稠度的水泥净浆。 ）和（
）两个技术指标时必须使用标准
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1）腐蚀的类型
5.硅酸盐水泥石的腐蚀和防护
（1）溶析性侵蚀。研究表明，水泥的各种水化产物必须在一 定浓度的Ca（OH）2溶液中才能稳定存在，当Ca（OH）2浓度小 于某一极限浓度时，水泥的其他水化产物将被溶解或分解，导致 水泥石结构破坏，即水泥石被腐蚀。
3.1
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表3-8 通用水泥各龄期强度
3.1
知
识 拓
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展
由于R型水泥的3 d强度较普通型高，其水化热放出
比较集中，可能会导致混凝土的早期裂缝。所以，如果 工程中对混凝土早强没有特别要求时，尽量不要选用R
型水泥。
3.1
2）技术标准
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表3-9 通用水泥的技术标准
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图3-3 不同矿物成分的抗压强 度与龄期的关系
3.1
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(2)水泥细度。细度即水泥颗粒的粗细程度。当熟料矿物成分 相同时，水泥越细，比表面积越大，水化时与水的接触面积越大， 水化越迅速、越充分，凝结硬化的速度越快，早期强度越高。 (3)拌和用水量。水胶比对水泥石强度的影响见表3-6。 表3-5 硅酸盐水泥熟料的水化产物
自
测
）剂的作用，但必须严格控 ）量的石膏，否则过 ）性不良。 ）、（ ） ）等
1.石膏在水泥生产中起着（
制石膏的加入量，即一定要控制加入（ 量的石膏会导致硬化水泥石的体积（ 、（
2.生产水泥时掺加的活性混合材料主要有（ 拌和在一起加水拌和后既能在（ 结和硬化。
）三种。它们单独不能与水作用，但与水泥或（
水泥的生料中四种氧化物CaO、SiO2、Al2O3及Fe2O3的含
量要求见表3-1。
3.1
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表3-1 水泥生料中化学成分的含量范围要求
3.1
2）生产工艺
水硬性胶凝材料
通用水泥的生产工艺可概括为“两磨一烧”，即生料的磨细、 生料的煅烧和熟料的磨细三个步骤，工艺流程如图3-1所示。
图3-1 通用水泥生产工艺流程
3.1
跟
水硬性胶凝材料
踪
自
测 ）；其他条件一定时，水 ）； ）。 ）。 ）次水化，但
1.水泥颗粒越细，水化速度越（ 胶比越大，水泥石强度越（
2.在良好的养护条件下，龄期越长，水泥石强度越（ 养护环境湿度越大，混凝土强度增长越（ 抗酸性腐蚀能力较硅酸盐水泥（ ）。 3.掺活性混合材料的水泥，水化时要进行（
3.1
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1）组分
2.通用水泥的组分与材料 表3-2 通用水泥各组分的百分率
3.1
2）材料
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（1）硅酸盐水泥熟料。熟料的矿物名称、简式和含量等见表3-3
表3-3 硅酸盐水泥熟料的主要矿物名称、简式和含量
3.1
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（2）石膏。石膏在水泥生产中起着缓凝剂的作用，主要用 于延缓由铝酸三钙导致的水泥闪凝或假凝现象。
（3）活性混合材料。活性混合材料是一种或一类矿物材料 的总称，其特点是将其磨成细粉后加水本身并不硬化，但与水 泥或石灰等加水拌和后，既能在水中又能在空气中发生水化、 凝结和硬化反应。 生产水泥时常用的活性混合材料主要有粒化高炉矿渣、火山 灰质混合材料和粉煤灰。 （4）非活性混合材料。
3.1
跟 踪
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3.1
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表3-4 硅酸盐水泥各种熟料矿物单独与水作用的特性
3.1
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（2）石膏的水化。试验表明，纯水泥熟料磨细与水拌和 后，在很短的时间内即可凝结，不方便工程使用。为调节水泥 的凝结时间，掺入适量的石膏，使其与凝结速度最快的铝酸三 钙作用，生成难溶的水化硫酸铝钙，覆盖在铝酸三钙的周围， 阻止或减慢其水化速度，起到延缓水泥凝结的作用。石膏的水 化反应为 C3AH6+3CaSO4·H2O+19H→C3AS3H31 （高硫型水化硫铝酸钙，又称钙矾石） 石膏耗尽后进行以下反应。 C3AS3H31+C3AH6→C3ASH12（单硫型水化硫铝酸钙）
（2）酸类腐蚀。①碳酸腐蚀。在雨水、工业污水及地下水中， 常含有较多的CO2，当其含量超过一定量时，将使水泥石结构遭 到破坏。②其他酸的腐蚀。在工业废水、地下水、沼泽水中常含 有盐酸、硝酸、氢氟酸等无机酸和醋酸、蚁酸等有机酸；工业窑 炉中的废气常含有二氧化硫，遇水后即生成亚硫酸。 （3）盐类的腐蚀。①硫酸盐的腐蚀。②镁盐的腐蚀。
（2）水化热低，抗冻性差。掺合料水泥中，熟料较 少，二次水化反应慢，所以水化热低，宜用于大体积的 混凝土工程。 （3）抵抗软水、海水和硫酸盐腐蚀的能力较强，抗 碳化能力较差。
3.1
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1—硅酸盐水泥； 2—矿渣硅酸盐水泥； 3—粒化高炉矿渣
图3-4 粒化矿渣、矿渣硅酸盐水泥与硅酸盐水泥强度增长情况比较
3.1
3.1.1 通用水泥
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1.通用水泥的生产 1）生产原料
生产通用水泥的原料又称生料，主要包括石灰质和黏 土质两大类。常用的石灰质原料包括石灰石、白垩等，主
要提供CaO；常用的黏土质原料包括黏土、黄土等，主要
提供SiO2、Al2O3及Fe2O3。为了补充两种原料化学组成的 不足，有时还要加入少量校正原料，如黄铁矿渣等。生产
3.1
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表3-5 硅酸盐水泥熟料的水化产物
3.1
水硬性胶凝材料
综合分析硅酸盐水泥的水化过程，可以得出以下结论。
①水化反应过程是一个放热过程。
②水泥反应体系是一个碱性体系。 ③主要的水化产物是水化硅酸钙(CSH)（占70%）和氢氧 化钙(CH）晶体（占20%），其中水化硅酸钙凝胶体(CSH)是 提供水泥黏结强度的主要成分。 ④石膏在水泥中起着缓凝剂的作用，但要控制加入适量的 石膏，避免因石膏过量而引起水泥石的安定性不良。
3.1
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（3）活性混合材料的二次水化。掺粉煤灰、火山灰质混合 材料、粒化高炉矿渣等活性混合材料的水泥，其水化反应的特 点是“二次水化”。当把上述三种水泥加水拌和后，首先是水 泥中的熟料发生水化反应，即所谓的“一次水化”，其水化产 物与硅酸盐水泥的水化基本相同；在有Ca（OH）2的条件下， 活性混合材料发生水化反应，即所谓的“二次水化”，其水化 产物为具有胶凝性质的水化硅酸钙和水化铝酸钙等。 掺活性混合材料的水泥的水化反应，是一次水化和二次水 化交替进行、相互促进的化学反应过程，而凝结硬化过程与硅 酸盐水泥基本相同。
3.1
3）防腐措施
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（1）根据建筑物所处的环境特点，合理选择水泥品种。 （2）提高水泥石的密实度。 ①降低水胶比，提高水泥石自身结构的密实度。
②提高混凝土结构物的密实度。
③敷设耐蚀保护层。
3.1
水硬性胶凝材料
1）硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的特性
6.通用水泥的特性及工程应用
（1）强度等级高，强度发展快。 （2）水化热大，抗冻性好。 （3）碱度高，抗碳化能力强。
建筑材料
模块3
无机胶凝材料
3.1 3.2
水硬性胶凝材料
气硬性胶凝材料
模块3
知识目标
无机胶凝材料
了解各类水泥的定义、分类及组成材料。
理解水泥的凝结、硬化机理及影响凝结硬化的因素。
掌握硅酸盐水泥的技术性质要求、技术指标检测方法和检 测结果的评价。 掌握水泥运输和保管方法。 理解石灰水化、凝结、硬化机理，石灰技术指标的含义及 其工程意义。 掌握水玻璃模数与其黏结性能的关系，了解水玻璃在建筑 工程中的应用。
3.1
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表3-7 通用水泥的化学指标要求
3.1
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（2）物理性质。 ①细度。细度是指水泥颗粒的粗细程度。细度直接影 响水泥的需水量、凝结时间、强度体积安定性。 ②标准稠度用水量。 ③凝结时间。 ④体积安定性。
3.1
知 识 拓
水硬性胶凝材料
展 平衡含水率
（1）比表面积在400 m2/kg以上的高强度等级的水
3.1
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(4)石膏的掺量。生产硅酸盐水泥时，应根据试验掺入适量的石 膏。 (5)混合材料掺量。混合材料的掺量越多，水泥熟料的相对含量 越少，水泥水化反应速度越慢，早期强度越低。 (6)养护条件。养护条件通常指养护环境的温度和湿度。
(7)养护龄期。龄期是指从水泥加水拌和时起至实测水泥性能时 止所经历的养护时间。
3.1
2）凝结与硬化
水硬性胶凝材料
水泥加水拌和后最初形成具有可塑性的浆体，随着水化产物 的不断生成，浆体逐渐变稠至开始失去可塑性，这一过程称为 初凝；当浆体稠度增大至完全失去可塑性并开始产生强度时称 为终凝。硬化后的水泥石是由水化产物（凝胶体、结晶体）、 未水化的水泥颗粒和水分蒸发形成的毛细孔、凝胶体中的凝胶 孔组成。水泥石的强度主要取决于各水化产物的相对含量和孔 隙的数量、大小、形状和分布情况，如图3-2所示。
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3）粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、 矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的特性
（1）矿渣硅酸盐水泥。①耐热性较强。矿渣出自炼 铁高炉，常作为水泥的耐热掺料使用，可用于耐热混凝 土工程。②泌水性和干缩性大，抗渗性差。 （2）火山灰质硅酸盐水泥。①抗渗性好，耐水性强。 ②干燥环境中收缩大，易产生裂缝。 （3）粉煤灰硅酸盐水泥。①干缩性小，抗裂性好。② 泌水快，易失水产生裂缝。 （4）复合硅酸盐水泥。 六种通用水泥的特征及应用见表310。
3.1
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1）技术要求
4.通用水泥的技术要求和技术标准 (1）化学性质。
①MgO含量。MgO来源于生产水泥的原料。 ②SO3含量。SO3来源于生产水泥时掺入的石膏，或者煅 烧水泥熟料时加入的石膏矿化剂。 ③烧失量。烧失量是成品水泥再次煅烧时质量损失的百分率。 ④不溶物。不溶物是指水泥中不发生水化反应的残渣。通用水 泥的化学指标应符合表3-7的规定。